一种测量表面肌电信号的传感器及测量方法与流程

本发明涉及一种传感器。特别是涉及一种测量表面肌电信号的传感器及测量方法。

背景技术：

肌电信号是肌肉收缩时伴随的电信号，其峰值一般为0-6mV，均方根值为0-1.5mV，频率为0-500mV，主频为50-150Hz之间。干扰介于0-60Hz之间。其应用背景主要集中在康复医学、体育科学，或者作为信号源进行主动控制等领域。

目前，市场上有各种型号的肌电仪设备，有针式电极、贴片式电极、埋入电极、微电极。其中，

针式电极可测试深层肌电活动，涉及到的运动单元少，具有真对性，能清楚的导出单个运动电位和单个肌纤维的电位变化。但是其测试区域小，操作者的要求高，无法测量运动中的肌电变化。

而贴片式电极检测方便易行，不产生伤害，并且信号能够反映整块肌肉的机能变化，还能适用于测量运动中的肌电变化。但是测量出来的信号往往受到温度、湿度、人体自身抖动、情绪、皮肤厚度等因素的影响，导致测量出来表面肌电信号的幅值偏低，干扰信号太多，并且信号成分较为复杂。不利于应用于人体肌肉组织状况监测，还对采用表面肌电信号作为控制源的机电设备或者仪器带来一定的控制风险。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够获得稳定、精确肌电信号的测量表面肌电信号的传感器及测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种测量表面肌电信号的传感器，包括壳体和上端盖，所述壳体的底端面安装有2个以上红外温度传感器，2～3个氯化银电极，以及1个湿度传感器，所述壳体的侧面安装有一个正常采集指示灯和一个异常采集指示灯，所述壳体内通过电路板固定柱安装有电路板，所述红外温度传感器、氯化银电极、湿度传感器、正常采集指示灯和异常采集指示灯分别通过导线连接所述电路板。

所述壳体的底端面的周边设置有2个以上用于安装红外温度传感器的红外温度传感器安装孔，在所述壳体的底端面的中部并排设置有2～3个用于安装氯化银电极的氯化银电极安装槽，在2～3个氯化银电极安装槽中一组相邻的两个氯化银电极安装槽之间设置有用于安装湿度传感器的湿度传感器安装槽，所述壳体的侧面设置有2个分别用于安装正常采集指示灯和异常采集指示灯的灯孔。

所述壳体开口端的一周端面上形成有一圈凹槽，所述上端盖在与所述壳体上的一圈凹槽相对应处形成有一圈能够嵌入到所述凹槽内的凸起。

所述壳体外侧设置有把手。

所述电路板上设置的电路包括有：单片机，所述单片机的信号输入端通过传输总线分别连接2个以上的红外温度传感器、2～3个氯化银电极、湿度传感器以及设置在所述电路板上的加速度传感器，所述单片机的信号输出端分别连接正常采集指示灯和异常采集指示灯。

所述单片机的信号输出端还连接外部显示器。

所述2个以上的红外温度传感器、湿度传感器和加速度传感器分别各依次通过第一放大器、滤波器和第一AD转换器连接所述传输总线。

所述2～3个氯化银电极依次通过差分放大器、带通滤波器、陷波滤波器和第二AD转换器连接所述传输总线。

一种测量表面肌电信号的传感器的测量方法，包括如下步骤：

1)系统初始化；

2)设定温度值和湿度值；

3)分别启动红外温度传感器和湿度传感器，获取温度信息后进入下一步骤，获取湿度值后进入步骤5)；

4)计算2个以上红外温度传感器的平均温度值；

5)将平均温度值与设定的温度值进行比较，将湿度值与设定的湿度值进行比较，当平均温度值和湿度值都处于预设值区间内，进入下一步骤，当平均温度值和湿度值都处于预设值区间外，或者平均温度值和湿度值中任一项处于预设值区间外时，返回步骤1)，并开启异常采集指示灯；

6)启动氯化银电极和加速度传感器，采集表面肌电信号和加速度信号，并开启正常采集指示灯；

7)输出表面肌电信号、加速度信号、平均温度值信号和湿度值信号。

步骤2)设定的温度值为36°～37°，所述的湿度值为32％～45％。

本发明的一种测量表面肌电信号的传感器及测量方法，通过湿度、温度信号对肌电的采集进行控制，确保能够获得稳定、精确的肌电信号，应用于医用外科设备、工业机器人等领域。具有如下优点：

(1)结构简单可靠，采集信号平稳，可适当消除人体温度、汗液对信号采集的影响。

(2)可针对不同状态的测量设置不同的阈值范围，便于后期的信号分析，以及信号控制。如安静平稳时，人体温度平稳、出汗少，阈值应该稍严格，以保证测量准确的表面肌电信号。运动时，人体温度升高、出汗多，阈值应该根据样本进行合理设置，以保证测量准确的表面肌电信号。

附图说明

图1是本发明一种测量表面肌电信号的传感器外部结构示意图；

图2是本发明中壳体结构示意图；

图3是本发明中氯化银电极结构示意图；

图4是本发明中上端盖结构示意图；

图5是本发明中电路板在壳体内设置的示意图；

图6是本发明中壳体内部结构示意图；

图7是本发明中电路结构示意图；

图8是本发明方法流程图。

图中

1：壳体 2：红外温度传感器

3：氯化银电极 4：湿度传感器

5：正常采集指示灯 6：异常采集指示灯

7：上端盖 8：电路板

9：凸起 10：凹槽

11：电路板固定柱 12：氯化银电极安装槽

13：红外温度传感器安装孔 14：导线

15：湿度传感器安装槽 16、17：灯孔

18：把手 19：加速度传感器

20：单片机 21：传输总线

22：第一放大器 23：滤波器

24：第一AD转换器 25：差分放大器

26：带通滤波器 27：陷波滤波器

28：第二AD转换器 29：外部显示器

30：时钟 31：看门狗

32：电源

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种测量表面肌电信号的传感器及测量方法做出详细说明。

本发明的一种测量表面肌电信号的传感器及测量方法，包括肌电电极、加速度传感器、红外温度传感器、湿度传感器。当进行表面肌电信号采集时，由于皮肤温度和汗液对皮肤与表面肌电电极之间的阻抗变化很大，将影响表面肌电信号的准确性。所以将采集来的温度、湿度信号作为表面肌电信号采集的控制源。若温度、湿度处于预定的范围，启动开关进行表面肌电信号、加速度信号进行采集，若不在预定的范围内，说明此时若进行采集，将得到不准确的表面肌电信号。

如图1、图5所示，本发明的一种测量表面肌电信号的传感器，包括壳体1和上端盖7，所述壳体1的底端面安装有2个以上红外温度传感器2，2～3个氯化银电极3，以及1个湿度传感器4，所述壳体1的侧面安装有一个正常采集指示灯5和一个异常采集指示灯6，所述壳体1内通过电路板固定柱11安装有电路板8，所述红外温度传感器2、氯化银电极3、湿度传感器4、正常采集指示灯5和异常采集指示灯6分别通过导线14连接所述电路板8。所述壳体1外侧设置有把手18。

如图2所示，所述壳体1的底端面的周边设置有2个以上用于安装红外温度传感器2的红外温度传感器安装孔13，在所述壳体1的底端面的中部并排设置有2～3个用于安装氯化银电极3的氯化银电极安装槽12，在2～3个氯化银电极安装槽12中一组相邻的两个氯化银电极安装槽12之间设置有用于安装湿度传感器4的湿度传感器安装槽15，所述壳体1的侧面设置有2个分别用于安装正常采集指示灯5和异常采集指示灯6的灯孔16、17。

如图2、图4所示，所述壳体1开口端的一周端面上形成有一圈凹槽10，所述上端盖7在与所述壳体1上的一圈凹槽10相对应处形成有一圈能够嵌入到所述凹槽10内的凸起9。

如图6、图7所示，所述电路板8上设置的电路包括有：单片机20，所述单片机20采用型号为80C51或stc89s52或AT89C51的单片机。所述单片机20的信号输入端通过传输总线21分别连接2个以上的红外温度传感器2、2～3个氯化银电极3、湿度传感器4以及设置在所述电路板8上的加速度传感器19，所述单片机20的信号输出端分别连接正常采集指示灯5和异常采集指示灯6。所述单片机20还分别连接时钟30、看门狗31和电源32。所述单片机20的信号输出端还连接外部显示器29。

所述2个以上的红外温度传感器2、湿度传感器4和加速度传感器19分别各依次通过第一放大器22、滤波器23和第一AD转换器24连接所述传输总线21。所述2～3个氯化银电极3依次通过差分放大器25、带通滤波器26、陷波滤波器27和第二AD转换器28连接所述传输总线21。

2个以上的红外温度传感器2、2～3个氯化银电极3、湿度传感器4以及设置在所述电路板8上的加速度传感器19通过导线14将采集到的信号通过设置在电路板8上放大、滤波电路滤掉干扰信号，再经AD转换电路传递到单片机20，中进行处理(见流程图8)，处理完的信号由单片机20传递给外部显示器以及指示灯(包括正常采集指示灯，异常采集指示灯)。

本发明的一种测量表面肌电信号的传感器，当进行信号采集时，选择合适的肌肉，用酒精擦拭肌肉表面的皮肤，将传感器贴于皮肤的表面，用绷带固定好。通过上位机使得单片机系统初始化，再预先设置合适的温度以及湿度(比如人体温度处于37°左右，相对湿度处于40％左右阈值，启动测量温度、湿度程序，计算4个红外温度传感器测量过来的温度平均值，将温度平均值和湿度值与预设的温度、湿度值进行比较，若处于预设的范围外，开启异常采集指示灯，返回系统初始化阶段，若处于预设的范围内，开启正常采集指示灯，并启动表面肌电信号，加速度信号采集程序，进行采集，并输出表面肌电信号，加速度信号，温度信号和湿度信号。

如图8所示，本发明的测量表面肌电信号的传感器的测量方法，具体包括如下步骤：

1)系统初始化；

2)设定温度值和湿度值；由于人体温度处于大于36°小于37°间，相对湿度处于大于32％，小于45％。所以，设定的温度值为36°～37°，所述的湿度值为32％～45％。

3)分别启动红外温度传感器和湿度传感器，获取温度信息后进入下一步骤，获取湿度值后进入步骤5)；

4)计算2个以上红外温度传感器的平均温度值；

5)将平均温度值与设定的温度值进行比较，将湿度值与设定的湿度值进行比较，当平均温度值和湿度值都处于预设值区间内(注：预设区间是平均温度值大于36°，小于37°，相对湿度大于32％，小于45％时)，进入下一步骤，当平均温度值和湿度值都处于预设值区间外，或者平均温度值和湿度值中任一项处于预设值区间外时，返回步骤1)，并开启异常采集指示灯；例如平均温度值小于36°或者大于37°，并且相对湿度小于32％或者大于45％时，开启异常采集指示灯，返回系统初始化阶段。

6)启动氯化银电极和加速度传感器，采集表面肌电信号和加速度信号，并开启正常采集指示灯；如若平均温度值大于36°小于37°，并且相对湿度大于32％或者小于45％时，开启正常采集指示灯，并启动表面肌电信号，加速度信号采集程序，进行采集，

7)输出表面肌电信号、加速度信号、平均温度值信号和湿度值信号。